CN103079769A - 使用在用于处理岩石和混凝土的设备中的液压冲击机构 - Google Patents

Abstract

一种无阀冲击机构类型的液压冲击机构，其包括预加载气体蓄能器，预加载气体蓄能器连接至工作室以制造可能的冲击机构，可能的冲击机构用于凿岩机和液压破碎机的设备，从材料疲劳的方面考虑，所述冲击机构更轻、更便宜和更持久。此外，活塞型的气体蓄能器具有一体的制动室（240、250、360）和活塞（220、320），活塞（220、320）设计成安装至所述制动室（240、250、360）内。

Description

使用在用于处理岩石和混凝土的设备中的液压冲击机构

技术领域

本发明涉及一种称为“无门阀”或者“无阀”型的液压冲击机构，其使用在用于处理岩石和混凝土的设备以及包括此冲击机构的钻孔设备和锤击设备中。此外，本发明涉及一种气体蓄能器以及此蓄能器的部件，用于连接至无阀液压冲击机构中的工作室。

背景技术

用于岩石和混凝土的处理的设备可获得撞击、旋转以及撞击同时旋转的变化形式。众所周知，在此设备中的冲击机构是液压驱动的。然后，安装成使得其可以在机械壳体中的圆柱状孔中移动的气锤活塞被置于变化的压力下，使得实现圆柱状孔中的气锤活塞的往复运动。变化的压力最常见地通过单独的转换阀获得，转换阀通常是门阀类型并且由圆柱状孔中的气锤气缸的位置控制，其选择性地与两个驱动室中的至少一个耦接，两个驱动室形成在气锤气缸和圆柱状孔之间，并且直至具有在压力作用下的传动流体的机械壳体中的（管）线，传动流体通常为液压流体，并且随后直至在机械壳体中的用于传动流体的排出（管）线。通过这种方式产生周期性变化的压力，该周期对应于冲击机构的冲击频率。

也称为无阀机构的无门阀冲击机构的制造也已熟知超过30年了。不是具有单独的转换阀，也使得无阀冲击机构中的气锤活塞执行转换阀的工作，这通过这样而实现：气锤活塞打开和关闭，以在它在圆柱状孔中的运动过程中，通过提供上文描述的在由气锤活塞的驱动部分隔开的两驱动室中的至少一个中提供变化的压力的方式，使得受压的传动流体被供给与排出。需要此以工作的一种情况是：设置在机械壳体中用于室的增压和排出的通道通至圆柱状孔中，使得开口以在活塞的往复运动中的任一位置在供给通道与排出通道之间不直接产生短路连接的方式隔开。供给通道与排出通道之间的连接通常仅通过缝隙密封而出现，缝隙密封形成在驱动部分和圆柱状孔之间。如果不是这样，由于传动流体将被允许在没有执行任何有用功的情况下，直接地从高压泵通过至水槽，这将会产生大量的损失。

为了使得气缸从用于驱动室的排出的通道关闭的时刻直到用于同一个驱动室的压缩的通道打开的时刻都能够继续它的运动，需要驱动室中的压力伴随着体积的变化而慢慢地改变。这可以通过相对于通常用于门阀类型的传统冲击机构的体积更大的至少一个驱动室的体积发生。体积需要是大型的，因为通常使用的液压流体具有低的压缩系数。然后，我们定义压缩系数κ——其为体积的相对变化与压力的变化的比率——如下：κ=（dV/V）/dP。但是更经常地是使用压缩模量β——其是正如我们之前已经限定的压缩系数的倒数——作为压缩系数的度量。因此，β=dP/（dV/V）。压缩模量的度量单位是帕斯卡。

体积应是足够大的，以至于在所述室在气锤活塞移向用于压缩所述室的通道的开口的过程中所经历的体积变化过程中，所述室中的压力将不是大得足够在通道打开之前使得活塞的运动反向。

通过专利US4,282,937获知具有两个驱动室的无阀液压冲击机构，其中，压力在这两个室中都变化。两个驱动室具有大的效率体积，通过它们与接近圆柱状孔设置的体积连续性连接。

通过专利SU1068591A获知根据另一原理的无阀液压冲击机构，即具有在上驱动室中变化的压力和在下驱动室中恒定的压力，下驱动室是处于最接近用于工具连接的驱动室。在此情况下，其中压力可以变化的上驱动室具有比其中压力恒定的下驱动室大很多的体积。

大型驱动室——所述大型驱动室中的压力在***压力和返回压力即接近大气压力之间连续地变化——的问题是，机械壳体自身将承受由于材料疲劳而导致形成裂纹。为了避免这个问题，直到现在，已经需要具有带有中间壁的厚的和复杂的铸件的设计，因此其具有高成本和大的重量。

发明内容

本发明的目的是公开一种无阀液压冲击机构的设计，无阀液压冲击机构提供了克服上文描述的问题的可能性，并且可以使得其自身更轻以及同时关于在机械壳体中形成裂纹方面的更加坚固的设计。在独立权利要求中描述的装置实现了这些目的。其他有利的实施方式由非独立权利要求所描述。

SU1068591不仅仅公开了一种可替代的实施方式，其包括在下驱动室中的恒定压力和在上驱动室中的变化的压力。除此之外，引入直接连接至驱动室的具有变化压力的两个蓄能器。这样的目的是为了提高效率。我们的关于机械壳体中的由于材料疲劳引起的形成裂纹的问题一点没有提到。另外，显而易见的是，SU1068591中描述的薄膜蓄能器必然具有非常有限的寿命，因为薄膜将随着冲击频率而达到蓄能器的底部。这不构成可以在实践中使用的设计。

但是，已经证实，使得气体蓄能器直接连接至用于凿岩机的液压冲击机构中的或者用于破坏的液压破碎机中的工作室对于材料疲劳的风险和由此铸件中的形成裂纹的风险而言，具有非常有利的作用。本发明构成此类型的解决方法。为了气体蓄能器经受具有在例如250bar的***压力和例如5bar的返回压力之间的压力脉冲以及数量高达150Hz的频率的极端条件，需要用实心体代替弹性薄膜，例如安装在气体蓄能器内的圆柱状孔中往复运动的活塞。

进一步有利的是，气体蓄能器具有用于至少在蓄能器活塞到达它的转弯点中的一个之前，制动蓄能器活塞的装置。此装置可以是制动室，其中，蓄能器活塞被允许以高精度的公差——例如小于0.1mm，优选为0.05mm——工作。

本发明提供一种可以不仅应用于仅在一侧上具有变化压力的冲击机构，而且应用于在两侧上具有变化压力的冲击机构的解决方案。气体蓄能器连接至后者示例中的每个驱动室。

但是，一个优选实施方式构成冲击机构，此冲击机构这样工作：在一个室中有恒定的压力，恒定压力通常在完整冲程循环过程中或者至少在基本上完整冲程循环过程中通过室连接至恒定压力源，在大部分情况下直接连接至***压力源或者冲击机构压力而实现。

上文描述的类型的冲击机构可以是用于诸如凿岩机和液压破碎机的处理岩石和混凝土的设备的一体的零件的一部分。这些机械和破碎机在大部分情况下应该在工作期间安装在承载件上，承载件可以包括下列装置中的一个或者多个：用于对准的装置、定位装置、以及用于将钻孔设备和破碎机供给抵靠处理的岩石和混凝土元件的装置，此外，用于引导和监视处理过程的装置。另外，包括用于承载件其自己的推进和导航的装置。此承载件可以是凿岩车。

附图说明

图1示出了具有在右侧的室中的变化压力的液压冲击机构的原理草图。

图2示出了具有在蓄能器活塞的两个转弯点处的制动室的活塞类型的气体蓄能器。

图3示出了具有在液压侧的蓄能器活塞的转弯点处的制动室的活塞类型的气体蓄能器。

具体实施方式

参考附图，本发明的多个设计在下文中作为示例描述。本发明的保护范围不认为由这些实施方式所限制：本发明的保护范围由权利要求所限定。

图1示意性地示出了液压冲击机构，其具有在活塞上侧的可变化压力和在活塞下侧即面向被连接的工具的一侧的恒定压力。第一驱动室105通过压力通道140连接至例如250bar的***压力。正如图1所示，在附图中示出的时刻，第二室120通过返回通道135连接至返回压力。通过这种方式，作用在驱动表面110上的力将向右驱动气锤活塞。这使得通道135关闭并且在室120中压力开始增加。由于压力缓慢地增加，活塞将到达地足够远以使得连接通道170打开在驱动室1和驱动室2之间的连接，并且在第二室120中，普遍成为***压力。由于驱动表面130大于驱动表面110，所以气锤活塞现将向左驱动。通过这种方式，连接通道170首先关闭，随后返回通道打开，第二室120中的压力下降。通过作用在驱动表面110上的***压力驱动活塞再一次向右，由此开始新循环。

由于两个预加载气体蓄能器产生了压缩性，所以驱动室不必要是大型的。室120的尺寸基于通道和与气体蓄能器连接的空间需求而设定。没有气体蓄能器情况下为几升的体积现将减小至近十分之一升。

工作机械可以具有下列基本尺寸：

在驱动部分处的气锤活塞的直径：44mm。活塞杆的直径：36mm。驱动部分的长度：100mm。从圆柱状孔中的开口处的返回通道135的右边缘至连接通道170的左开口的对应的左边缘的距离：93mm。活塞重量：4.5kg。***压力：230bar。最后，每个蓄能器的总体积：90立方厘米，其中，第一蓄能器具有190×10⁵Pa的预加载压力，第二蓄能器具有15×10⁵Pa的预加载压力。

如果仅使用一个蓄能器，体积将是74cm³。

蓄能器的气体压力的预加载通过连接部230、330发生。与工作室中的液压流体的连接通过290、390发生。

具有用于在蓄能器的圆柱状孔210、310中形成的用于密封件370的槽260、360是有利的。

在密封件之间引入排出通道280、380以避免气和油的混合是有利的。

制动室240、250、340设计在蓄能器壳体中。蓄能器活塞220、320以在方向改变之前降低速度的方式容纳于这些制动室中。这大幅地增加了蓄能器活塞的寿命。

正如上文描述，从效率的角度上考虑，具有连接的双蓄能器是有利的。一个蓄能器是具有小于***压力的预加载压力的高压蓄能器，另一个蓄能器是具有大于返回压力但是远小于***压力的预加载压力的低压蓄能器。

Claims (13)

1.一种使用在用于处理岩石和/或混凝土的设备中的液压冲击机构，所述液压冲击机构包括：具有第一圆柱状孔的机械壳体；活塞，所述活塞安装成使得活塞可以在此移动使得活塞在工作期间相对于机械壳体重复性地执行往复运动，并且，通过这种方式直接地或者间接地在工具上施加冲击以用于处理岩石或者混凝土，并且所述活塞能够连接至所述设备，并且所述活塞包括驱动部分，所述驱动部分将所述活塞和所述机械壳体之间形成的第一驱动室（105）与第二驱动室（120）隔开，并且其中，这些驱动室（150、120）设置成使得它们在工作期间容纳受压的传动介质，并且，另外，所述机械壳体包括通道，所述通道通至第一圆柱状孔内并且设置成在工作期间容纳传动介质，并且所述通道设置成借助于活塞在活塞在第一圆柱状孔中的运动过程中来打通至少所述第二驱动室（120）和将之关闭，使得至少此第二驱动室（120）获得周期性地变化压力以用于保持活塞往复运动，并且用于所述通道的所述开口的位置轴向地适应于所述第一圆柱状孔和所述活塞零件的打开和关闭的程度以便使得保持此第二驱动室（120）关闭用于传动介质的供给或者排出，所述传动介质沿着与所述活塞的第一转弯点关联的第一通道的所述开口和与所述活塞的第二转弯点关联的第二通道的所述开口之间的距离处于所述室中，并且在此驱动室的体积压缩或者膨胀的过程中发生所述活塞沿着此距离的所述运动，另外，此体积的大小已经适应使得获得沿着所述距离的压力的缓慢改变，这使得通过这种方式所述液压冲击机构构成所谓的无阀液压冲击机构，其特征在于，所述第二驱动室（120）设计成使得其在工作期间包括气体蓄能器，所述气体蓄能器包括具有蓄能器活塞（220、320）的第二圆柱状孔，所述蓄能器活塞（220、320）安装成使得其可以在所述第二圆柱状孔中移动，其中，所述蓄能器活塞（220、320）将所述第二驱动室（120）中的所述传动介质与容纳于所述气体储存器的封闭隔室中的受压气体隔开，并且，由于所述蓄能器活塞的在所述第二圆柱状孔中的所述往复运动，所述隔室的体积在工作期间随着所述冲击机构的频率变化。

2.根据权利要求1所述的液压冲击机构，其中，所述气体储存器设计有制动室（240、250、360）以在所述蓄能器活塞的所述转弯点之前，加速所述蓄能器活塞（220、320）的所述制动。

3.根据权利要求2所述的液压冲击机构，其中，所述蓄能器活塞（220、320）和所述制动室（240、250、360）设计成使得当所述蓄能器活塞进入制动室（240、250、360）时，在它们之间出现小于0.5mm宽的缝隙，此缝隙构成在制动室（240、250、360）和所述第二驱动室（120）之间的缝隙密封。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的液压冲击机构，其包括至少两个密封元件（370），所述密封元件（370）用于在所述蓄能器活塞（220、320）和所述第二圆柱状孔之间密封。

5.根据权利要求4所述的液压冲击机构，其中，所述第二圆柱状孔包括至少两个槽（260、360），所述至少两个槽（260、360）用于安装所述密封元件（370）。

6.根据权利要求4或5所述的液压冲击机构，其中，所述气体储存器包括通道，所述通道通至所述第二圆柱状孔，所述第二圆柱状孔在所述两个密封元件（370）之间用于将传动介质排出至传动介质的罐。

7.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的液压冲击机构的凿岩机。

8.一种包括根据权利要求1至6中的任一项所述的冲击机构的液压破碎机。

9.一种包括根据权利要求7所述的凿岩机或者根据权利要求8所述的液压破碎机的承载件，其还包括下列装置中的一个或者多个：用于对准的装置、定位装置、以及用于将所述凿岩机或者所述液压破碎机供给抵靠所述被处理的岩石或者混凝土元件的装置。

10.一种包括根据权利要求7所述的凿岩机的凿岩台车。

11.一种用于连接至根据权利要求1所述的液压冲击机构中的工作室的气体蓄能器壳体，其在工作期间容纳受压的传动介质，所述压力在***压力与返回压力之间连续地有规律跳动，所述气体蓄能器壳体包括圆柱状孔，所述圆柱状孔用于安装蓄能器活塞（220、320）以在所述圆柱状孔中往返运动，其还包括制动室（240、250、360），所述制动室（240、250、360）用于接纳所述蓄能器活塞（220、320），这导致在所述蓄能器活塞的转弯点中的一个之前制动所述蓄能器活塞（220、320）。

12.一种用于安装在根据权利要求11所述的气体蓄能器壳体中的蓄能器活塞（220、320），所述蓄能器活塞（220、320）包括用于渗透至所述制动室（240、250、360）内的部分，具有尺度小于0.1mm的缝隙。

13.一种包括根据权利要求11所述的气体蓄能器壳体和根据权利要求12所述的蓄能器活塞（220、320）的气体蓄能器。

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